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《天津大学》 2011年
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生物质粗甘油混合高效制氢实验研究

赵丽霞  
【摘要】:化石燃料的匮乏和环境保护问题的日益严峻,使得人们开始广泛关注生物质能的开发和利用。甘油是生物柴油行业的副产物,随着生物柴油行业的迅猛发展,如何处理日益增多的甘油开始成为困扰研究人员的一个重要问题。氢能被誉为是21世纪最清洁的能源载体,在其进行利用时,产物是水,可真正实现污染物零排放。基于此背景,本文依托国家自然科学基金西部能源重大研究计划项目“西部典型生物质和粗甘油共蒸汽气化制氢的新机理研究”和科技部国际合作重点项目“生物质/粗甘油共气化清洁高效发电关键技术的基础研究”对生物质粗甘油共气化制氢进行了系统的研究: 首先针对天津地区的玉米芯、甘油和生物柴油实验室提供的粗甘油,利用非等温热重法对三组组合:玉米芯,玉米芯/甘油,玉米芯/粗甘油进行了气化及动力学研究。采用Coats-Redfern法进行了气化过程表观动力学分析,求取了不同组合在不同升温速率下的表观活化能E和指前因子A。研究发现,玉米芯单独气化时,在低温段和高温段分别符合一级反应和三级反应,当加入甘油(粗甘油)后,混合物在低温段是一级反应,但在高温段则降低为1.5级反应。通过对共气化热重实验的DSC曲线分析发现:甘油的加入降低了生物质的反应温度,并且改变了生物质气化反应途径。 参考空气气化生物质制合成气的下吸式固定床的成熟设计经验,在此基础上进行改进,设计出了适合两种不同性质物料的共气化固定床实验台。为了降低能耗,催化床和气化床设计在一个固定床内。根据原料的基本性质进行计算,确定了整个实验台各部分的基本设计参数。 在固定床气化实验台上进行了玉米芯,玉米芯/甘油,玉米芯/粗甘油的水蒸气气化实验,考察了温度,压力,水蒸气,CaO,甘油/玉米芯,催化剂等参数对气化产物分布的影响,确定了生物质甘油共气化制氢的最佳条件。研究发现,在加入催化剂的条件下,随着温度的升高,氢气的含量逐渐下降,说明这两种催化剂在低温下即可使气化反应朝着有利于氢气产生方向进行。由于CaO的存在使得水蒸气的加入对氢气的产生作用不明显。生物质和甘油的共气化与各自单独气化机理不同,随着压力的升高,共气化产物中氢气的含量逐渐升高,这与提高压力不利于生物质气化制氢和甘油重整制氢的结果相反。催化剂的加入并非越多对制氢越有利,当催化剂含量过高时会产生相反的实验结果。 在Aspen Plus11.1平台上建立了生物质甘油共气化模型,通过模拟值与实验值的比较发现该模型可以很好的模拟生物质甘油共气化过程。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TK6

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【参考文献】
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